化学“变化观念与平衡思想”的评价与思考——基于2021年天津市高中学业水平等级性考试化学学科的分析数据

英 华 康 宁 田晓梅 何 文

化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的基础自然科学。对“变化”过程的研究是化学的主要任务之一。因此，“变化观念与平衡思想”就成为化学学科核心素养的重要组成部分。“该素养指向物质转化层面，含物理变化、化学变化、化学变化过程中的平衡问题以及变化的规律和变化的守恒、能量等问题，属于物质的动态层面，是学生对物质变化的基本认识的综合，解决物质是否会变化、物质会怎样变化、物质为什么变化的基本问题，具体涉及化学变化的本质、化学变化的表征、化学变化是定量的、化学变化是守恒的、化学反应伴随能量变化、化学反应速率、化学平衡理论、化学反应进行的方向等。

《普通高中化学课程标准（2017 年版2020 年修订）》（以下简称“新课标”）中明确：学生应能认识物质是运动和变化的，知道化学变化需要一定的条件，并遵循一定规律；认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；认识化学变化有一定限度、速率，是可以调控的；能多角度、动态地分析化学变化，运用化学反应原理解决简单的实际问题。因此，高考对“变化观念与平衡思想”的评价考查贯穿于整套试卷，尤其以化学反应原理的有关试题考查得最为突出。

一、“变化观念和平衡思想”维度达成情况的问卷调查数据分析结果

项目组面向全市考生收集有效调查问卷2599份；面向全市部分区域化学教师收集有效调查问卷200 份；考生及教师所在学校属别类型全，区级重点校占三分之一以上，其他类型学校分布比例均匀，问卷调查具有普遍性和真实性。

1. 涉及化学学科核心素养尤其是“变化观念和平衡思想”维度达成情况的相关考生问卷问题，及基于考生的“学”这一视角的分析如下：

（1）你认为化学是怎样的一个学科 [多选题]

选项化学是大量繁杂的知识点、方程式、符号的学科化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的一门基础学科化学是从微观层次认识物质，以符号形式描述物质，在不同层面创造物质化学与经济发展、社会文明有密切关系化学是材料科学、生命科学、环境科学、能源科学和信息科学等现代科学技术的重要基础化学在促进人类文明可持续发展中发挥着日益重要的作用不清楚其他本题有效填写人次小计1694比例images/BZ_35_1669_801_2112_838.png65.18%1738images/BZ_35_1669_921_2112_958.png66.87%1489images/BZ_35_1669_1041_2112_1078.png57.29%1169images/BZ_35_1669_1161_2112_1198.png44.98%1489images/BZ_35_1669_1281_2112_1318.png57.29%1421 91 29 2599images/BZ_35_1669_1401_2112_1438.png54.67%images/BZ_35_1700_1494_2131_1532.png3.5%images/BZ_35_1681_1561_2122_1599.png1.12%

从问卷数据统计看，考生对化学学科研究的范畴、本质和意义的了解仅达到45%~67%，而认为“化学是大量繁杂的知识点、方程式、符号的学科”和不清楚化学学科特点的高达70%。

（2）当你看到浅绿色溶液时想到些什么？[多选题]

选项溶液中可能含有的物质小计1818比例images/BZ_35_1666_2158_2110_2195.png69.95%溶液中可能含有物质的化学式1218images/BZ_35_1666_2271_2110_2309.png46.86%溶液中可能含有的离子种类2005images/BZ_35_1666_2385_2110_2422.png77.15%该溶液可能发生的化学变化及其方程式书写1118images/BZ_35_1666_2498_2110_2536.png43.02%该溶液参与发生反应时可能放热557images/BZ_35_1666_2612_2110_2649.png21.43%可设计实验测定该溶液发生反应进行的程度、快慢用该溶液进行某实验时的多种方案可从科学性、安全性、简约性等方面进行评价其他本题有效填写人次596images/BZ_35_1666_2725_2110_2763.png22.93%726 107 2599images/BZ_35_1666_2839_2110_2876.png27.93%images/BZ_35_1691_2927_2119_2965.png4.12%

从问卷数据统计看，考生对物质及其变化的认知角度片面、思路零散。能从反应速率、反应转化率、能量转化等“变化观念和平衡思想”视角综合分析和解决实际问题的考生不足30%。

（3）你在实验过程中是如何得出实验结论的？[单选题]

从问卷数据统计看，考生学习方式过度依赖教师给出结论，能通过自己观察、记录、分析获得结论的不足30%。

（4）通过三年高中化学的学习，你认为自己化学学习的层次[单选题]

从问卷数据统计看，达到中国高考评价体系要求的基础性、综合性、应用性、创新性能力水平的比例分别为25%、27%、16%、11%，而没学明白或不清楚自己水平的达20%以上。

2. 涉及化学学科核心素养达成情况的相关教师问卷，及基于教师的“教”“评”视角的分析如下：

（1）普通高中化学课程标准基于学科本质凝练的化学学科核心素养有哪几个方面？[多选题]

选项“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”本题有效填写人次小计195 189 186 186 186 200比例images/BZ_37_1296_525_1727_562.png97.5%images/BZ_37_1296_612_1739_649.png94.5%images/BZ_37_1310_699_1753_737.png93%images/BZ_37_1310_787_1753_824.png93%images/BZ_37_1310_874_1753_912.png93%

从问卷数据统计看，教师对“化学学科核心素养”的五个维度认识不够全面，除“宏观辨识与微观探析”维度达到97.5%外，“变化观念与平衡思想”维度达到94.5%，其余三个维度仅达93%。

（2）依据普通高中课程方案，满足学生发展的多元需求，设置哪些课程？[多选题]

（3）普通高中化学课程学分对应正确的是[多选题]

（2）（3）两项数据一致性地反映出教师对课标课程设置的门类及其学分分布不完全清晰，尤其对选修课程设置的知晓率仅有二分之一。

（4）以下新高考命题原则描述正确的是[多选题]

从问卷数据统计看，教师对命题原则不能全面理解，有15%的教师对“以真实问题为测试任务”不知晓，由此推断这部分教师难以在教学中实施“以真实问题为驱动的学习任务”。

（5）以下教学与评价建议描述正确的是[多选题]

选项小计比例深刻领会化学学科核心素养的内涵，科学制订化学教学目标187images/BZ_38_1505_1943_1949_1981.png93.5%准确把握学业质量标准，合理选择和组织化学教学内容185images/BZ_38_1505_2068_1949_2105.png92.5%充分认识化学实验的独特价值，精心设计实验探究活动179images/BZ_38_1505_2192_1949_2230.png89.5%创设真实问题情境，促进学习方式转变177images/BZ_38_1505_2317_1949_2354.png88.5%实施“教、学、评”一体化，有效开展化学日常学习评价175images/BZ_38_1505_2441_1949_2478.png87.5%增进化学学科理解，提升课堂教学能力168images/BZ_38_1519_2565_1963_2603.png84%本题有效填写人次200

从问卷数据统计看，教师对新课标强调的六条“教学与评价建议”知晓不够全面。

（6）您在选择化学教学内容及其深度的掌握时，重要依据有哪些？[多选题]

选项自己的教学经验旧教学考试说明新课标教材新课标教参新课程标准中每个主题下的“内容要求”新课程标准中每个主题下的“学业要求”学业质量水平的相关描述新课程标准解读本题有效填写人次小计110 22 179 141 146 141 93 156 200比例images/BZ_39_1439_459_1883_496.png55%images/BZ_39_1439_549_1883_587.png11%images/BZ_39_1425_640_1869_677.png89.5%images/BZ_39_1425_730_1869_768.png70.5%images/BZ_39_1439_821_1883_858.png73%images/BZ_39_1425_911_1869_949.png70.5%images/BZ_39_1425_1001_1869_1039.png46.5%images/BZ_39_1439_1092_1883_1129.png78%

从问卷数据统计看，教师在选择化学教学内容及其深度时的重要依据，依然停留在“自己的教学经验”“旧教学考试说明”的分别占到55%、11%；有10%不参考“新课标教材”，有30%不参考“新课标教参”；有近30%不参考课程标准中的内容要求和学业要求；能参照“学业质量水平的相关描述”的不足二分之一。

（7）您在教学中如何实施评价的？[填空题]

从问卷信息整理看，教师在教学中实施的评价方式主要有“随堂提问、小测、作业反馈、周考、月考、阶段考”，少数教师提及个人、小组、教师评价相结合等方式。

综合上述基于“学”“教”“评”视角的数据及分析可以发现，化学学科素养的扎实落地依然任重而道远，化学学科同仁需进一步增强化学教育教学的使命感，通过市区校三级针对性研修，提升化学学科深度理解水平，提高命题及评价能力，在常态课教学中能通过相关的真实问题情境，巧设核心问题链，进行“变化观念与平衡思想”等化学学科素养的有效引导，摒弃被动、机械刷题的教学误区，突显探究实验教学的重要性，以“变化观念和平衡思想”等素养落实为突破口，真正走向全面落实化学学科核心素养为主的教学，为化学学科核心素养全面落实奠定基础。

二、基于考生水平表现标准的评价结果①基于考生水平表现标准的评价是通过制定考生水平典型表现，同时采用安格夫方法划定不同考生水平表现的临界分数。其中，G4组为精通水平，G3组为熟练水平，G2组为基本水平，G1组为未达基本水平；G5组为全体考生。

1. 全市不同水平组考生核心素养作答概况

表1 2021年全市不同水平组考生核心素养作答概况

续表1

从表1 数据对比分析可知，化学学科核心素养中“变化观念与平衡思想”维度所涉及的题目及设问数量最多，分值占比高达38%，难度系数为0.60。

2. 基于“变化观念和平衡思想”素养的评价结果

基于“变化观念和平衡思想”素养的诊断考查，所涉及的必备知识和能力水平广泛。从物质类别、化合价、原子结构、能量转化、反应速率和化学平衡原理等视角全方位展开以下考查，包括：对物质进行分类，预测其主要变化及其规律；设计物质转化的方案，并能运用不同化学符号表征，或语言描述或定量分析；从调控反应速率、提高反应转化率等方面综合选择反应所需条件，分析采取措施的理由；能基于“绿色化学”理念设计无机化合物制备和有机化合物合成的方案，并对方案进行评价和优化。根据以上相关内容试题的作答情况，综合诊断考生解决实际问题的高阶思维能力，从而导向教、学、评一体化的教与学实施方式，提升学生的必备品格和关键能力，将化学学科核心素养落实于常态化课堂教学中。

例1：2021年高考化学天津卷第8题

最理想的“原子经济性反应”是指反应物的原子全部转化为期望的最终产物的反应。下列属于最理想的“原子经济性反应”的是

A. 用电石与水制备乙炔的反应

B. 用溴乙烷与NaOH 的乙醇溶液共热制备乙烯的反应

C. 用苯酚稀溶液与饱和溴水制备2，4，6-三溴苯酚的反应

表2 2021年全市不同水平组考生第8题选项分析表满分：3.0 难度：中等 知识范畴：有机化学基础 核心素养：变化观念与平衡思想

从表2的数据可知，G4组考生作答表现优秀，近99%考生正答，G1、G2、G3 组分别有68%、44%、15%考生错答。考生典型错误集中在选项A、C。实测难度0.67，属中等难度试题。本题涉及的学业质量水平及质量描述、情境、问题、知识和素养如下所示：

水平质量描述能基于“绿色化学”理念对有机物合成进行评价、分析评估物质转化过程对环境和资源利用的影响真实情境核心问题典型有机化合物的组成结构与合成方案原理化学必备知识乙炔的制备、卤代烃的消去、苯酚的溴代、乙烯的催化氧化素养4-2原子经济性反应变化观念

产生错误的主要原因可能是：考生不清楚乙炔、乙烯、2，4，6-三溴苯酚、环氧乙烷的制备原理，部分考生辨识不准确。因此，常态教学中需及时回归教材，如选择性必修三p35、p36、p63图示如下：

图1 选择性必修三教材p35、p36、p63内容

教学中从目标到原理到化学用语表征到装置，要引导学生进行关联整合式精读，透彻分析与评价。

例2：2021年高考化学天津卷第16题

CS2是一种重要的化工原料。工业上可以利用硫（S8）与CH4为原料制备CS2，S8受热分解成气态S2，发生反应2S2（g）+CH4（g）⇌CS2（g）+2H2S（g），回答下列问题：

（1）CH4的电子式为_________，CS2分子的立体构型为_________。

表3 2021年全市不同水平组考生第16（1）题的得分率难度：易 知识范畴：化学基本概念和基本理论 核心素养：变化观念与平衡思想

从表3 的数据可知，G3、G4 组考作答答表现优秀，分别有90%、98%考生得3 分或满分4 分，G1 有85%考生得2 分及以上。考生典型错误表现为对甲烷的电子式、二硫化碳的空间结构表征没有清晰的图像。本题实测难度0.80，属容易试题；涉及的学业质量水平及质量描述、情境、问题、知识和素养如下所示：

水平质量描述真实情境核心问题化学必备知识素养1-2能从物质的组成、构成微粒等方面解释化学变化的本质特征CS2是一种重要的化工原料典 型 有 机 物CH4、CS2 的组成结构电子式、空间构型变化观念

产生错误的主要原因可能是：考生不清楚1-36号元素中C、H、S元素的原子结构及其彼此化合而成的典型物质分子结构，特别是G1 组考生辨识不准确。因此在教学中，面对认知水平偏下的考生，需借用各种结构模型，通过进阶驱动任务，从形象到抽象，从观察到表征，从简单到复杂，诊断考生认知典型物质结构特点水平，为分析预测物质变化规律做好扎实的铺垫。

（2）某温度下，若S8完全分解成气态S2。在恒温密闭容器中，S2与CH4物质的量比为2∶1 时开始反应。

①当CS2的体积分数为10%时，CH4的转化率为___________。

②当以下数值不变时，能说明该反应达到平衡的是___________（填序号）。

a.气体密度b.气体总压c.CH4与S2体积比d.CS2的体积分数

表4 2021年全市不同水平组考生第16（2）题的得分率满分：4.0 难度：中等 知识范畴：化学基本概念和基本理论 核心素养：变化观念与平衡思想

从表4的数据可知，G4组作答表现优秀，有90%考生得满分4 分，G3、G2、G1 组分别有54%、15%、2%考生获得满分。考生典型错误来源于对甲烷的转化率计算、平衡标志的判断缺乏必备的方法和获取证据的能力。本题实测难度为0.53，属中等难度试题；涉及的学业质量水平及质量描述、情境、问题、知识和素养如下所示：

水平质量描述真实情境核心问题化学必备知识素养3-2能根据化学平衡原理，定性与定量结合分析化学平衡特点工业上可以利用硫（S8）与CH4为原料制备CS2计算CH4 转化率、判断反应达到平衡的标志化学平衡转化率及平衡标志变化观念与平衡思想

产生错误的主要原因可能是：考生不清楚应用三段式解决物质转化率问题的方法步骤，不理解判断平衡标志的基本标准，特别是G1、G2组考生，未达到定量分析平衡特点的水平。因此在教学中，对于核心主干内容，需从基本步骤和方法入手，引导学生先能模仿典型示例，再到能独立迁移表达，并应用解决实际问题。诊断考生从定性到定量相结合的视角分析化学平衡的水平，为综合分析提高反应转化率等内容打好基础。

（3）一定条件下，CH4与S2反应中CH4的平衡转化率、S8分解产生S2的体积分数随温度的变化曲线如图所示。据图分析，生成CS2的反应为__________（填“放热”或“吸热”）反应。工业上通常采用在600～650℃的条件下进行此反应，不采用低于600℃的原因是___________。

表5 2021年全市不同水平组考生第16（3）题的得分率满分：4.0 难度：中等 知识范畴：化学基本概念和基本理论 核心素养：变化观念与平衡思想

续表5

从表8 的数据可知，全体考作答不理想，总体不到10%考生得满分4分，大部分考生获得2分。考生典型错误集中在根据图像解释反应条件的选择。本题实测难度为0.42，属难度较大试题；涉及的学业质量水平及质量描述、情境、问题、知识和素养如下表所示：

水平3-2质量描述能定量分析化学变化的热效应能从调控反应速率、提高反应转化率等方面综合分析反应的条件真实情境工业上可以利用硫（S8）与CH4 为原料制备CS2图像核心问题生成CS2的反应能量变化化学必备知识温度对平衡移动的影响有效控制反应条件的措施素养4-2通常采用在600～650℃的条件下进行原因变化观念与平衡思想

产生错误的主要原因可能是：考生缺乏从动力学即反应速率和热力学即化学平衡两个视角，对反应条件调控进行综合分析的能力，因而难以迁移应用到实际问题的解决。因此在教学中，对于化学变化需进一步建立多维度全面认知的视角，提高考生从能量变化到反应速率调控到提高平衡转化率综合认知的水平，以便为后续对化工生产条件的选择进行评价和优化打下基础。

（4）用燃煤废气（含N2、O2、SO2、CO2、H2O、NOx等）使尾气中的H2S 转化为单后硫S，可实现废物利用，保护环境，写出其中一个反应的化学方程式___________。

表6 2021年全市不同水平组考生第16（4）题的得分率满分：2.0 难度：中等 知识范畴：化学基本概念和基本理论 核心素养：变化观念

从表6 的数据可知，G4 组作答表现较优秀，有86%考生得满分2 分，G3、G2、G1 组分别有72%、55%、38%考生获得满分。考生的典型错误集中在未建立起价类思维方式分析H2S 转化为单后硫S 的途径，所以难以寻找必要的氧化剂（如O2、SO2、NOx等）、预测对应环保绿色的还原反应产物（H2O、S、N2等）。本题实测难度为0.63，属中等难度试题；涉及的学业质量水平及质量描述、情境、问题、知识和素养如下所示：

水平质量描述真实情境核心问题化学必备知识素养2-2能设计物质转化的方案，能运用化学符号表征物质的变化使燃煤废气实现废物利用，保护环境使尾气中的H2S 转化为单后硫S 氧化还原反应原理变化观念

产生错误的主要原因可能是：考生对氧化还原反应原理的理解过于死板，因而难以实现实际问题的解决和变化观念素养的提升。因此，对于元素化合物性质的学习，需摒弃死记硬背的教学方式，应引领学生学会结合真实情境，从物质类别和化合价变价视角进行预测和辩证分析，形成灵活应用氧化还原反应原理解决实际问题的认知思路。

三、提升“变化观念和平衡思想”学科核心素养的教学建议

1. 深度理解课标，转变考试评价理念

教师问卷的数据显示，当前部分教师对新课标及中国高考评价体系的内容不清楚、内涵不理解，故复习阶段亟待解决的问题是明确复习方向。化学学业水平等级性考试的主要目的是评价学生化学学科核心素养的发展状况和学业质量标准的达成程度，这是有别于传统考试的重要特征。新课标研制了学业质量标准，明确了学生完成高中化学学习任务后学科核心素养应达到的水平。各水平的关键表现构成评价学业质量的标准。这要求教学更加关注育人目的，更加注重培养学生的核心素养，更加强调提高学生运用知识解决实际问题的能力。学业质量标准为阶段性评价、学业水平考试和升学考试命题提供了重要依据，促进教、学、考有机衔接，形成育人合力。因此，学业质量标准是复习的重要依据。教师应仔细研读化学学业质量标准，明确化学教学内容，明了学生在当前学习阶段应具有的素养水平，并据此整体规划复习教学内容的深度和广度。同时在复习教学中，要用此检验和衡量学生化学学习的程度和水平。《中国高考评价体系》是新时代高考内容改革的理论支撑和实践指南，教育部考试中心发布的《基于高考评价体系的化学科考试内容改革实施路径》指出了化学学科考试内容要求和考查要求。化学学科的必备知识内容包括：化学语言与概念、实验原理与方法、物质结构与性质、反应变化与规律、物质转化与应用；学科关键能力包括：理解与辨析、分析与预测、归纳与论证、探究与创新。考查注重基础性、应用性、综合性和创新性。教师要深入研读，加深理解，转变考试评价理念及教学行为，主动融入育人方式改革中。

2.开展以真实问题为驱动的学习活动

新课标规定了学业水平考试的命题原则，在复习中要注重创设真实问题情境，促进学习方式的转变。真实具体的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要平台，为学生的化学学科核心素养提供了真实的表现机会。因此，教师在教学中应注重创设真实而富有价值的问题情境，促进学生化学学科核心素养的形成和发展。为促进学生“变化观念与平衡思想”素养的提升，教师在创设情境时可围绕日常生活、生产环保、学术探索、实验探究、化学史料，从中抽取有价值的情境素材。例如，学生在试卷第16（4）的作答显示出考生对氧化还原反应原理的理解过于死板，不能够灵活运用，难以实现实际问题的解决和变化观念素养的提升。为此，开展氧化还原的复习教学时，可提供有关“汽车尾气及危害”的素材，提出“如何用氧化还原原理对汽车尾气进行绿色化处理？”的问题，让学生查阅资料、设计实验、探究实验，通过解决实际问题，实现对转化观念的建构和提升，进而培养学生的“变化观念与平衡思想”素养。

3.促进认知角度和认知思路的结构化

越是复杂、陌生、间接的问题情境，认识角度的提示性越小，越需要学生自主系统地调用认知角度，越需要知识的结构化、观念化和经验的图示化，越能表现出完成迁移创新活动的学科能力，体现出高水平的学科素养。通过对试卷第16 题的分析可以发现，学生的学科基础知识不扎实，认识角度和方法及思路与试题不符，说明学生的认知角度和认知思路欠缺结构化。“变化观念与平衡思想”涉及的核心知识、核心活动包括预测物质性质转换并设计实验、化学反应速率的影响因素探究、解释反应热效应化学能转变成电能等。认知角度从宏观到微观、从定性到定量、从静止到动态、从单要素孤立到多要素系统等。教师应牢牢抓住核心知识，充分发挥核心大概念的功能价值，精心设计多类型的驱动任务，帮助学生实现认知角度和认知思路的结构化，并在教学活动中，诊断学生是否形成了分析问题、解决问题所具备的变化观念与平衡思想等化学学科素养。

4. 积极探索教、学、评一体化的教学方式

新课标积极倡导“教、学、评”一体化的课程理念。为此，在日常化学教学及复习课中要杜绝有教无评、有评无促、评价方式传统且单一等现象。要注重化学学习评价的设计，围绕化学核心概念、化学学科思想与观念、化学科学思维方式的建构来设计评价目标，做到教学目标和评价目标一致，注重过程性评价和结果性评价相结合，倡导学生自评、同伴互评、教师评价相结合，充分发挥评价促进学生化学学科素养全面发展的功能。提问与点评、练习与作业、复习与考试等是有效学习的基本途径和方法。课堂提问要能促进学生发展核心素养的指导性，如在复习盐类的水解（第一课时）时，通过对FeCl3的再认识及对Fe（OH）3胶体制备的探究，诊断学生建构单一溶质溶液的认识模型的认知水平，并指导学生运用单一溶质溶液的认识模型，使“教、学、评”活动有机结合，协同实施，形成合力，促进化学学科核心素养在课堂教学中扎实落地。